Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen
von Widerstandspunktschweißanlagen, insbesondere wasser
gekühlten Punktschweißzangen, gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 sowie einer Einrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 3 zur Durchführung des
Verfahrens.
Bei Widerstandsschweißmaschinen und besonders
auch bei Punktschweißanlagen ist es bei Dauerbetrieb er
forderlich, zumindest die Schweißelektroden zu kühlen,
wozu in bekannter Weise eine Wasserkühlung vorgesehen
ist, mit der ein Kühlwasserstrom kontinuierlich durch
Kühlkanäle in den Schweißelektrodenhaltern und in den
Schweißelektroden geführt wird. Dem Kühlwasser wird die
an den Schweißelektroden aufgenommen Wärme an einem ent
fernt von den Schweißelektroden befindlichen Wärmetau
scher wieder entzogen. Eine solche Widerstandsschweiß
maschine ist zum Beispiel mit DE-U-94 20 225 beschrieben.
Mit einer solchen Kühlung gelingt es, die
Standmenge der Schweißelektroden gegenüber einem unge
kühlten Betrieb wesentlich zu verlängern. Nachteilig ist
es jedoch, dass eine relativ große Kühlwassermenge ständig
umgewälzt werden muss. Dies erfordert besonders bei
Schweißanlagen mit einer Vielzahl von Schweißelektroden
paarungen bzw. Punktschweißzangen, wie sie im Kraftfahr
zeugbau Verwendung finden, erhebliche Aufwendungen zur
Aufbereitung, Förderung und Rückkühlung des Kühlwassers.
Um die Qualität der Schweißpunkte gleichblei
bend gut zu erhalten, ist es bekannt, die Kontaktspitzen
der Schweißelektroden als abnehmbare Kappen auszubilden,
die nach Erreichen eines noch tolerierbaren Verschleißes
ausgewechselt werden. Eine solche Elektrodenkappe mit
eingearbeitetem Kühlmittelkanal ist zum Beispiel mit DE 198 28 798 A1
beschrieben.
Um das Auswechseln der Elektrodenkappen zu ver
einfachen, ist es gemäß EP 0 433 586 B1 bekannt, vor ei
ner beabsichtigten Auswechslung das Kühlwasser aus den
Schweißelektroden abzusaugen, wobei innerhalb der
Schweißvorrichtung eine Kühlwasservorlaufleitung und eine
Kühlwasserrücklaufleitung miteinander verbunden sind, so
wie jeweils im Vorlauf und im Rücklauf ein Absperrhahn
und eine mit dem Vorlauf und dem Rücklauf verbundene Ab
saugvorrichtung vorgesehen sind. Die Absaugvorrichtung
besteht dabei aus einer mit der Vorlaufleitung zwischen
dem Absperrhahn und der Schweißvorrichtung verbundenen
Förder-Zylinder-Kolbeneinheit, deren Kolben mittels einer
zum Beispiel pneumatischen Antriebseinrichtung verfahrbar
ist.
Damit gelingt es, für die Dauer des Auswech
selns der Elektrodenkappen oder einem sonstigen Armatu
renwechsel an den Schweißzangen den Kühlwasserzulauf und
Kühlwasserablauf abzusperren und auch das hinter den Ab
sperrungen befindliche Restwasser in einen Tank abzusau
gen. Bei Betrieb der Schweißanlage findet aber nach wie
vor ein kontinuierlicher Kühlwasserumlauf statt. Es muss
eine große Menge Kühlwasser aufbereitet und umgewälzt
werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zum Kühlen von Widerstandspunktschweißanlagen
zu schaffen, mit dem die Kühlwassermenge erheblich redu
ziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine
Kühleinrichtung für Widerstandspunktsschweißanlagen zu
schaffen, die gegenüber den bekannten Kühleinrichtungen
bei vergleichsweise gleicher Kühlqualität mit einer ge
ringeren Kühlwassermenge auskommt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merk
malen des unabhängigen Anspruches 3.
Die Unteransprüche, sowohl zum Anspruch 1 als
auch zum Anspruch 3, haben vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung zum Gegenstand.
Gemäß dem Verfahren wird insbesondere an den
Bereich der Schweißelektroden nur dann eine Kühlwasser
menge gefördert, wenn sie dort zum. Kühlen der Bauteile
wegen der anfallenden Schweißwärme während des Schweiß
prozesses auch gebraucht wird.
Da bei Punktschweißanlagen der Schweißprozess
nicht kontinuierlich abläuft, sondern zwischen dem Setzen
von einzelnen Schweißpunkten eine mehr oder weniger lange
Pause vorhanden ist, in welcher keine Schweißwärme er
zeugt wird, kann während dieser Pausen auf die Zufuhr von
Kühlwasser verzichtet werden. Da außerdem die Menge der
Schweißwärme bei dem jeweiligen Schweißpunkt abhängig ist
von der erforderlichen und eingestellten Schweißleistung,
kann die Kühlwassermenge für die konkret beim Setzen die
ses Schweißpunktes anfallende Wärmemenge bemessen werden.
Somit kann die Temperatur der zu kühlenden Teile einer
Punktschweißanlage in einem eng tolerierten Bereich
gehalten werden. Dies gilt sowohl für die Schweißelektro
den, deren Standzeit dadurch größer wird, als auch für
die Kühlung beispielsweise des Schweißtransformators oder
auch der Thyristorsteuerung. Als weiterer wesentlicher
Vorteil ist die erhebliche Einsparung von im Umlauf be
findlichem Kühlwasser zu nennen.
Mit der vorgeschlagenen Einrichtung gelingt es
in einfacher Weise, eine zugemessene Kühlwassermenge zu
jedem Punktschweißvorgang an die zu kühlenden Teile zu
fördern. Die Kühlwassermenge wird bestimmt durch das je
weilige Arbeitsvolumen des Pumpenraumes. Es versteht
sich, dass bei annähernd gleichbleibenden Schweißparame
tern einer Punktschweißmaschine, zum Beispiel einer
Punktschweißzange, das Arbeitsvolumen des Pumpenraumes
immer gleichbleibend groß sein wird. In einem solchen
Fall wird es nicht erforderlich sein, für den Antrieb des
Förderkolbens Vorkehrungen zu treffen, dass dessen Hub
von Schweißpunkt zu Schweißpunkt unterschiedlich groß
sein kann. Vielmehr wird dann der Antrieb des Förderkol
bens so ausgelegt sein, dass bei jedem Kühlvorgang der
Hub des Förderkolbens gleich groß ist.
Der Antrieb des Förderkolbens erfolgt in vor
teilhafter Weise über einen gleichachsig angeordneten und
von beiden Seiten beaufschlagbaren Antriebskolben, der
mit dem Förderkolben starr verbunden ist.
Durch alternatives Beaufschlagen der beiden
Seiten des Antriebskolbens mit einem Druckmedium, vorzugsweise
mit Druckluft, kann über an sich bekannte Steu
ermittel und Ventile der Weg des Antriebskolbens und da
mit auch der des Förderkolbens in Abhängigkeit vom Ar
beitsvorgang der Punktschweißanlage selbst und der aktu
ellen Schweißparameter bestimmt und ausgeführt werden.
Selbstverständlich ist der Antrieb des Förder
kolbens auch elektromotorisch möglich, wobei über elekt
rische Mittel eine Steuerung der Hubbemessung für den
Fachmann leicht realisierbar ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht ne
ben der definierten Kühlwasserzumessung auch das Rücksau
gen des Kühlwassers aus den Bauteilen der Punktschweißan
lage, um ohne Kühlwasserverlust zum Beispiel verschlis
sene Elektrodenkappen der Scheißelektroden auswechseln zu
können. Dazu ist lediglich in an sich bekannter Weise in
der Kühlwasservorlaufleitung sowie in der Kühlwasserrück
laufleitung jeweils ein Ventil vorzusehen. Diese Ventile
sind dann so anzusteuern, dass der Förderkolben der Ein
richtung als Saugkolben wirkt und die in den Kühlmittel
leitungen befindliche Kühlwassermenge vorübergehend in
den Pumpenraum zurückgenommen wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nach
stehend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zei
gen
Fig. 1 das Schema einer Einrichtung zum Küh
len einer Punktschweißzange mit Was
serkühlung;
Fig. 2 das Schema einer Einrichtung zum Küh
len einer Punktschweißzange mit Ein
beziehung der Thyristorstufe in den
Kühlwasserkreislauf;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines
Details der Einrichtung nach Fig. 1.
Ein erstes Ausführungsbeispiel ist mit Fig. 1
und Fig. 3 dargestellt und nachstehend beschrieben. Die
Elektrodenarme 1 einer Punktschweißzange sind an ihren
vorderen Enden mit auswechselbaren Elektrodenkappen 2
verbunden. Innerhalb jedes Elektrodenarmes 1 befindet
sich ein Kühlwasservorlaufkanal 3, der jeweils mit einer
Kühlwasservorlaufleitung 4 verbunden ist und zu den von
den Elektrodenkappen 2 gebildeten Spitzen der Elektroden
arme 1 führt.
Parallel zum Kühlwasservorlaufkanal 3 befindet
sich innerhalb jedes Elektrodenarmes 1 ein Kühlwasser
rücklaufkanal 5, welcher jeweils von der Spitze jedes
Elektrodenarmes 1 zu einer Kühlwasserrücklaufleitung 6
führt. Die Kühlwasservorlaufleitung 4, von der die Kühl
wasservorlaufkanäle 3 abzweigen, wird von einer Förder
einrichtung zum Fördern von Kühlwasser gespeist.
Die Fördereinrichtung weist eine Zylinder-Kol
beneinheit 7 sowie Einrichtungen zum gesteuerten Antrieb
der Zylinder-Kolbeneinheit 7 auf.
Die Zylinder-Kolbeneinheit 7 umfasst einen Zy
linder 8 mit einem Förderkolben 9 sowie einem Antriebs
kolben 10. Der Förderkolben 9 sowie der Antriebskolben 10
sind mittels einer Kolbenstange 11 miteinander verbunden.
Beide Kolben sind innerhalb des Zylinders 8 gemeinsam
verschiebbar. Eine Kolbenseite des Förderkolbens 9 be
grenzt einen Pumpenraum 12 während er mit der anderen
Kolbenseite an der Kolbenstange 11 befestigt ist. Die
Kolbenstange 11 durchdringt eine Trennwand 13 des Zylin
ders 8. Die Trennwand 13 begrenzt einen ersten Arbeitsraum
14 an der einen Seite des Antriebskolbens 10. Ein
zweiter Arbeitsraum 15 befindet sich auf der anderen
Seite des Arbeitskolbens 10. Die Arbeitsräume 14 und 15
sind mit Druckluftleitungen 16, 17 versehen. Durch alter
native Ansteuerung der Druckluftleitungen 16, 17 mit
Druckluft und damit alternativer Beaufschlagung der Ar
beitsräume 14 und 15 mit Druck kann der Antriebskolben 10
in Abhängigkeit von einer hier nicht dargestellten Druck
luftsteuerung beliebig im Zylinder 8 verschoben werden.
Mit dem Antriebskolben 10 verschiebt sich im Zylinder 8
auch der Förderkolben 9. Es versteht sich, dass am Durch
tritt der Kolbenstange 11 durch die Trennwand 13 eine
Dichtung vorgesehen ist, die ein Entweichen von Druckluft
aus dem ersten Arbeitsraum 14 an der Druchtrittsstelle
verhindert.
Der Pumpenraum 12 ist über eine Leitung 18 mit
einem Ausgleichsbehälter 19 verbunden, wobei in der Lei
tung 18 ein in Richtung vom Pumpenraum 12 zum Ausgleichs
behälter 19 sperrendes Rückschlagventil 20 vorgesehen
ist.
An den Pumpenraum 12 ist die Kühlwasservorlauf
leitung 4 angeschlossen, wobei in unmittelbarer Nähe des
Pumpenraumes 12 in der Kühlwasservorlaufleitung 4 ein in
Richtung von der Kühlwasservorlaufleitung 4 zum Pumpen
raum 12 sperrendes Rückschlagventil 21 vorgesehen ist.
Die Kühlwasservorlaufleitung 4 ist, wie mit der
Schleife 22 angedeutet, so verlegt, dass sie auch andere
kühlungsbedürftige Teile, wie zum Beispiel einen Schweiß
transformator, erreicht. Der Ausgleichsbehälter 19 ist
als Kühler für das Kühlwasser ausgebildet. Zur Verbesse
rung des Wärmeaustausches ist ein elektrisch angetriebe
nes Kühlgebläse 23 vorgesehen.
Von der Steuerung der Widerstandsschweißanlage
wird vorgegeben, mit welcher Leistung ein Schweißpunkt
gesetzt werden soll. Dieser Leistung entsprechend oder
auch gleichbleibend für jeden Schweißpunkt wird ein hier
nicht dargestelltes Pneumatikventil angesteuert, welches
Druckluft durch die Druckluftleitung 17 in den Arbeits
raum 15 leitet und gleichzeitig die Druckluftleitung 16
entlüftet. Vom Druck dieser Druckluft wird der Arbeits
kolben 10 und mit ihm auch der Förderkolben 9 im Zylinder
8 so bewegt, dass sich der Pumpenraum 12 verkleinert. Das
darin befindliche Kühlwasser wird in definierter Menge
durch die Kühlwasservorlaufleitung 4 sowie die Kühlwas
servorlaufkanäle 3 zu den Schweißelektroden an den Elekt
rodenarmen 1 gedrückt, wo es eine unzulässige Erwärmung
der Bauteile verhindert. In gleicher Menge fließt Kühl
wasser durch die Kühlwasserrücklaufkanäle 5 und die Kühl
wasserrücklaufleitung 6 in den Ausgleichsbehälter 19. Im
Ausgleichsbehälter 19 wird das Kühlwasser rückgekühlt.
Nach dem Setzen des Schweißpunktes wird von der
Steuerung der Widerstandsschweißanlage das vorgenannte
Pneumatikventil so angesteuert, dass durch die Druckluft
leitung 16 Druckluft in den ersten Arbeitsraum 14 gelei
tet wird, während die Druckluftleitung 17 und damit der
zweite Arbeitsraum 15 entlüftet wird. Der Arbeitskolben
10 und mit ihm der Förderkolben 9 bewegen sich in einer
Richtung, bei welcher der Pumpenraum 12 vergrößert wird.
Dabei wird der Pumpenraum 12 durch das Rückschlagventil
20 aus dem Ausgleichsbehälter 19 mit rückgekühltem Kühl
wasser wieder aufgefüllt. Das Rückschlagventil 21 an der
Kühlwasservorlaufleitung 4 bleibt dabei geschlossen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt die Fig.
2, wobei die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel
funktionsgleichen Teile mit dem gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Nach diesem zweiten Ausführungsbeispiel
wird das Kühlwasser aus einer zentralen Kühlwasseraufbe
reitungsanlage durch einen Kühlwasserzulauf 24 bereitge
stellt. Dabei gelangt es über eine zu kühlende Thyristor
steuerung 25 zu einem hydraulischen Oder-Glied 26.
Die Zumessung des Kühlwassers nach dem aktuel
len Schweißvorgang an die Elektrodenarme 1 erfolgt, wie
zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, durch die
einmalige Hubbewegung des Förderkolbens 9. Dabei gibt das
hydraulische Oder-Glied 26 in der Art eines Rückschlag
ventils den Weg für das Kühlwasser aus dem Pumpenraum 12
in die Kühlwasservorlaufleitung 4 frei. Beim Füllen des
Pumpenraumes 12 aus dem Ausgleichsbehälter 19 wird, ab
weichend vom ersten Ausführungsbeispiel, ein geringer
Kühlwasserstrom vom Kühlwasserzulauf 24 über das Oder-
Glied 26 durch die Kühlwasservorlaufleitung 4, den Kühl
wasservorlaufkanal 3, den Kühlwasserrücklaufkanal 5 und
die Kühlwasserrücklaufleitung 6 zum Ausgleichsbehälter 19
fließen und durch einen Kühlwasserablauf 27 wieder zur
zentralen Kühlwasseraufbereitung gelangen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kühlen
von Widerstandspunktschweißanlagen kann neben einer opti
malen Kühlung der Schweißelektroden, welche auch noch
leistungsangepasst erfolgen kann, als weiterer Vorteil
eine erhebliche Einsparung an Kühlwasser erzielt werden.
Die bei zentraler Kühlwasserversorgung auftretenden
Druckschwankungen können sich nicht negativ auf das Kühl
verhalten auswirken.
Die zur Durchführung des Verfahrens vorgeschla
gene Einrichtung ist mit relativ geringen technischen
Mitteln realisierbar. Der Antrieb des Förderkolbens 9
kann zwar durch beliebige motorische Mittel erfolgen. Ein
pneumatischer Antrieb bietet sich jedoch vorteilhaft an,
da an der Mehrzahl aller Scheißmaschinen ohnehin Druck
luft für andere Bewegungsprozesse vorhanden ist.
Die Einrichtung eignet sich darüber hinaus auch
zum zeitweiligen Abpumpen des Kühlwassers aus den Elekt
rodenarmen, wie dies zum Beispiel auch mit EP 0 433 586 B1
beschrieben ist, in dem neben den Rückschlagventilen
20, 21 Bypass-Leitungen vorgesehen werden, welche über
ansteuerbare Ventile freigegeben oder gesperrt werden.
Zusätzliche Einrichtungen zum notwendigen Abpumpen des
Kühlwassers aus den Elektrodenarmen sind somit nicht er
forderlich.
Bezugszeichenliste
1
Elektrodenarme
2
Elektrodenkappe
3
Kühlwasservorlaufkanal
4
Kühlwasservorlaufleitung
5
Kühlwasserrücklaufkanal
6
Kühlwasserrücklaufleitung
7
Zylinderkolbeneinheit
8
Zylinder
9
Förderkolben
10
Antriebskolben
11
Kolbenstange
12
Pumpenraum
13
Trennwand
14
Erster Arbeitsraum
15
Zweiter Arbeitsraum
16
,
17
Druckluftleitung
18
Leitung
19
Ausgleichsbehälter
20
,
21
Rückschlagventil
22
Schleife
23
Kühlgebläse
24
Kühlwasserzulauf
25
Thyristorsteuerung
26
Hydraulisches Oder-Glied
27
Kühlwasserablauf